2.15: Regeneración de los tejidos con células madre somáticas

Las células madre somáticas desempeñan un papel importante en el mantenimiento y la reparación de una amplia gama de tejidos. Estas células madre, al igual que sus células madre embrionarias, son capaces de autorrenovarse casi ilimitadamente. Sin embargo, a diferencia de las células madre embrionarias, que pueden diferenciarse en una amplia gama de tipos de células, las células madre somáticas surgen más tarde en el desarrollo y sus destinos se restringen a las células de un órgano específico.

Este video cubrirá los principios de la regeneración de tejidos, cómo los científicos estudian el papel de las células madre somáticas en la reparación de tejidos después de una lesión y algunas aplicaciones que utilizan células madre somáticas para inducir la regeneración de tejidos.

Comencemos discutiendo los principios detrás de la regeneración de tejidos después de una lesión o daño. Las células madre somáticas se han identificado en varios tejidos, como el cerebro, la médula ósea, el músculo esquelético, el corazón, el hígado y los intestinos.

Generalmente, esta fuente renovable de células madre primero se diferencia en células progenitoras de destino restringido antes de dar lugar finalmente a células funcionalmente especializadas. Un ejemplo clásico de esto es el proceso fisiológico diario llamado hematopoyesis. En este proceso, las células madre somáticas que se encuentran en la médula ósea forman las células progenitoras de la sangre y del sistema inmunitario, que se diferencian aún más en las células de sus respectivos sistemas.

Desde el punto de vista de la regeneración de tejidos, se ha demostrado que las células madre somáticas que se encuentran en el músculo esquelético desempeñan un papel en la reparación de tejidos. Cuando un músculo se daña, estas células se reclutan en el sitio de la lesión y se diferencian para reemplazar las células dañadas.

¿Cómo saben las células madre somáticas que es hora de ponerse a trabajar? Cuando las células se dañan, liberan quimioatrayentes solubles, como las quimiocinas, que reclutan células madre somáticas al sitio de la lesión. Estas células pueden diferenciarse en el tipo de célula del tejido diana. Además de proporcionar un suministro de nuevas células, las células madre somáticas pueden inducir cambios locales, como la generación de nuevos vasos sanguíneos que promueven la cicatrización de heridas.

La capacidad regenerativa de las células madre somáticas endógenas no siempre es suficiente para reparar el tejido enfermo o dañado. Por lo tanto, los científicos están investigando cómo se puede utilizar la administración de grupos exógenos de células madre somáticas para tratar tales afecciones.

Ahora que entiendes la biología de la regeneración de tejidos, veamos un ejemplo de cómo los científicos pueden aislar células madre somáticas y administrarlas para inducir la reparación de tejidos. Usando el siguiente método, los científicos demuestran cómo las células madre musculares, llamadas células satélite, ayudan en la regeneración de tejidos después de una lesión.

En primer lugar, se diseccionan los músculos esqueléticos de un ratón donante y se digieren con la ayuda de una enzima disociante, por ejemplo, la colagenasa. A continuación, se aíslan las células satélite, y una forma de hacerlo es incubando estas células con anticuerpos unidos a perlas magnéticas, que luego se purifican en una columna magnética. Después de la purificación, las células satélite se cultivan y posteriormente se diferencian en células progenitoras miogénicas mediante la adición de medios de diferenciación.

Mientras tanto, un ratón receptor se prepara mediante la inyección intramuscular de una toxina que resulta en una debilidad muscular o distrofia muscular. A continuación, se inyectan células progenitoras miogénicas preparadas en los músculos esqueléticos del ratón distrófico. En última instancia, la integración y diferenciación exitosas de las células del donante se puede determinar mediante inmunohistoquímica. La mejoría funcional del fenotipo distrófico puede evaluarse con una prueba en cinta rodante.

Ahora que ha visto cómo se pueden aislar y manipular las células madre somáticas en un experimento de regeneración de tejidos, echemos un vistazo a algunas de las aplicaciones posteriores in vitro e in vivo de esta clase única de células.

Además de inyectar células madre somáticas en modelos animales in vivo, los científicos también están ideando formas de manipular el destino de estas células in vitro. En este experimento, los científicos diferenciaron las células madre en células musculares esqueléticas funcionales preparando primero una placa de Petri con anclas. A continuación, se cultivaron células madre, se mezclaron dentro de una matriz de colágeno y gel, y se anclaron dentro de las placas de Petri especialmente diseñadas.

Luego, estas células madre ancladas fueron estimuladas eléctricamente por electrodos colocados en medios de cultivo de diferenciación, lo que condujo a la formación in vitro de construcciones musculares funcionales y maduras. La inmunofluorescencia confirmó la expresión de marcadores diferenciados de células del músculo esquelético: actina, en rojo, y miosina, en verde.

Las células madre somáticas también se han mostrado prometedoras como posibles terapias regenerativas para los trastornos del sistema nervioso central. En este método, los científicos primero recolectaron tejido neuronal donante de un feto de rata transgénica que expresaba proteína fluorescente verde, y las células madre neuronales aisladas se trataron en una matriz de fibrina con un cóctel de factor de crecimiento. Luego, las células madre neuronales tratadas se inyectaron en el sitio de la lesión de la médula espinal del ratón receptor. Se demostró que las células de donantes injertadas se integraron bien y llenaron las cavidades de la lesión de la médula espinal.

Con el fin de comprender mejor cómo las células madre somáticas se integran en los tejidos después de inyectarlas en un huésped, los científicos han desarrollado un método para marcarlas fluorescentemente in vitro antes de la inyección. En este experimento, los científicos recolectaron células madre somáticas de la médula ósea de ratón y las transfectaron de manera estable con diferentes genes de proteínas fluorescentes utilizando un sistema de vectores virales. Las células transducidas luego se inyectaron en la vena de la cola de un ratón receptor. Con el tiempo, se extrajeron órganos del ratón receptor y se utilizó la microscopía de fluorescencia para rastrear la ubicación de las células en varios tejidos.

Acabas de ver el vídeo de JoVE sobre las células madre somáticas. Este video cubrió los principios detrás de la regeneración de tejidos por células madre somáticas, cómo se pueden aislar y estudiar estas células, y su posible aplicación en la medicina regenerativa. Dado que las células madre somáticas desempeñan un papel tan importante en la regeneración de una amplia gama de tejidos, la comprensión de los mecanismos que regulan esta clase de células es un área activa de investigación en medicina regenerativa. Como siempre, ¡gracias por mirar!